Incendi e Fotovoltaico

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1 Incendi e Fotovoltaico 1/129

2 Indice generale Introduzione Tecnologia Fotovoltaica Effetto Fotovoltaico Impianti Fotovoltaici Evoluzione Impianti Fotovoltaici Celle Fotovoltaiche Moduli Fotovoltaici Moduli Fotovoltaici Silicio Mono Poli/Cristallini Moduli Fotovoltaici Silicio Amorfo Moduli Fotovoltaici CIS Film sottile Moduli Fotovoltaici CIGS Film sottile Moduli Fotovoltaici CdTe Scatola di Giunzione (Junction Box) Connettori Solari Cavi Solari Quadri di Parallelo String Box Inverter Strutture Materiali impiegati: Geometrie impiegate Problematiche Criticità connettori Mismating (Accoppiamento errato) Esposizione Umidità e UV Criticità Pannelli Criticità Stesura cavi DC Umidità e UV Accumulo Cavi in canalette Accumulo Cavi in canalette Rendimento di trasformazione Energia Mismatching Problema Mismatching Intrinseco ENDOGENO Effetti del Mismatching Arco Elettrico PID Potential Induced Degradation, degradazione indotta da potenziale Normativa Normativa Italiana Normativa Tedesca DIN VDE VDE AR E Misure per l area in CC di un impianto fotovoltaico per il mantenimento della sicurezza elettrica in caso di lotta contro gli incendi o per la manutenzione Campo di applicazione Identificazione dell impianto e dei itinerario del CC del PV Misure di Installazione Generale Posa protetta contro gli incendi dei conduttori in CC nell edificio Posa del campo in CC dell impianto PV fuori dall edificio Posa resistente al fuoco e protetto contro il contatto dei conduttori CC del PV nell edificio Misure di Installazione Tecniche Impostazioni per interruttori, sezionatori o cortocircuitatori nel campo in CC di impianti fv Funzioni di base Funzione del segnale di autorizzazione /129

3 Dispositivi di interruzione di stringa o del generatore PV Dispositivi di cortocircuitazione di stringa o del generatore PV Dispositivi di scollegamento dei moduli PV Dispositivi di scollegamento dei moduli PV Impianti su superfici libere e parchi solari Utilizzo di un Inverter centrale (struttura centrale) Impiego di inverter di stringa (impianto distribuito) Sistemi di captazione impiego di inverter di stringa (impianto distribuito) Collegamento equipotenziale protezione fulmini e funzionale Impianti sui tetti Impianti su tetto: Edifici senza LPS esterno Impianti su tetto: Edifici con LPS esterno e sufficiente distanza di sicurezza Impianti su tetto: Edifici con LPS esterno senza sufficiente distanza di sicurezza Procedure di Intervento Linee Guida Comando VVFF di Trento Approfondimento Linee Guida PROTEM 622/ Rischio di caduta Rischio di crollo della struttura e di caduta dei pannelli Rischio di propagazione dell'incendio Rischio di inalazione di prodotti chimici pericolosi Rischio elettrici Osservazioni Foto Incendi Esperienza e Studio VVFF Monaco di Baviera Lab.BMU Esperimento 1: Misura delle correnti di dispersione attraverso il getto d'acqua Esperimento 2: Proprietà elettriche di indumenti protettivi Esperimento 3:: Linea di tensione conduttrice in acqua Rischio Elettrico Tetanizzazione Arresto della respirazione Fibrillazione ventricolare Ustioni Corrente elettrica e passaggio nel corpo umano: CEI Definizioni di carattere generale Impedenza elettrica del corpo umano Impedenza della pelle (Zs) Impedenza totale del corpo umano (ZT) Fattori che influenzano la resistenza iniziale del corpo umano (R0) Effetti della corrente continua Soglia di percezione e soglia di reazione Soglia di rilascio Soglia di fibrillazione ventricolare Altri effetti della corrente continua Valore della resistenza del corpo umano con corrente continua Valori di resistenza del corpo umano utilizzata per le prove Esperienza Modi estinzione incendi Comando VVFF Trento Prove con schiuma in uso per incendi di Classe A (CAFS) Prove con i Cartoni Prove con Gel Coprente Valori elettrotecnici con poca luminosità Prove in Notturna con APS Prove con ottimizzatori che cortocircuitano i pannelli ANALISI DELLA REAZIONE AL FUOCO DI PANNELLI FOTOVOLTAICI Bibliografia /129

4 Introduzione Questa dispensa nasce quale ausilio al WorkShop conoscenza degli aspetti costruttivi impiantistici e di rischio delle installazioni antincendio tenutosi al Comando dei Vigili del Fuoco di Parma il 30 e 31 Gennaio Il WorkShop si è articolato in due sessioni 1. Interna per i Vigili del Fuoco : focalizzata sulla conoscenza dell'impiantistica fotovoltaica e delle sue problematiche in caso di estinzione di incendio sia che sia causato dall'impianto sia che scaturisca da altre cause 2. Aperta agli Ordini Professionali: focalizzata sulla progettazione antincendio in presenza di impianti fotovoltaici, con strategie di progettazione innovative al fine non solo di ottemperare a norme e circolari, ma a maggior tutela della sicurezza del cliente, delle norme della sicurezza in luoghi di lavoro, di facilitazione intervento delle squadre di soccorso La dispensa ha avuto vari aggiornamenti a seguito della interazione con altri Comandi dei Vigili del Fuoco e della Fondazione Bottazzi. I 15 GWp installati in Italia in una fase speculativa dal 2006 al 2011, e soprattutto quelli nel primo periodo , non hanno avuto particolare attenzione per le problematiche di sicurezza e manutenzione, oltre ai materiali impiegati che, a causa della difficile reperibilità sul mercato per troppa domanda, non sempre si sono rivelati affidabili e sicuri. In questo momento storico, gli operatori del fotovoltaico in Italia sono concentrati su O&M degli impianti esistenti, dovendo intervenire anche pesantemente sugli iimpianti. Molte aziende con attività soggette al controllo dei Vigili del Fuoco debbono rinnovare il CPI ora SCIA con una complicazione in più, l'impianto fotovoltaico sul tetto. Alessandro Caraglio, Ingegnere, venticinquennale esperienza nei settori elettronico, automazione industriale, software di controllo di processo, energie rinnovabili, vincitore di vari premi dell innovazione, ha lavorato per grandi gruppi industriali e di servizio in ruoli di responsabilità. Divulgatore scientifico e tecnologico 4/129

5 1 Tecnologia Fotovoltaica 1.1 Effetto Fotovoltaico Nel 1839 il fisico francese Alexandre Edmond Becquerel osservò mentre effettuava esperimenti con le celle elettrolitiche che con maggiore esposizione alla luce aumentava la corrente fra anodo e catodo Illustrazione 1:Celle Elettrolitiche Nel 1873 L'ingegnere Inglese Willoughby Smith scoprì che un semiconduttore,il Selenio, era fotoconduttivo produceva cioè una corrente elettrica se esposto al sole, grazie a ciò nel 1883 l'inventore USA Charles Fritts realizzò la prima cella fotovoltaica. Nel 1887 lo scienziato tedesco Heinrich Hertz studiando la fotoconducibilità del materiali sottoposti a raggi ultravioletti osservò l'effetto fotoelettrico, fenomeno fisico caratterizzato dall'emissione di elettroni da una superficie (solidi metallici e non, liquid e gas) investita da una radiazione elettromagnetica (p.es. dal sole) di lunghezza d'onda corta ed ad alta frequenza (p.es. le radiazioni ultraviolette). Radiazione Elettromagnetica Elettroni Effetto Fotoelettrico Illustrazione 2: Effetto Fotoelettrico Nel 1905 Albert Einstein formalizza la teoria dell effetto fotoelettrico che gli valse il premio nobel del 1921 L'effetto fotovoltaico è una sottocategoria dell' effetto fotoelettrico, gli elettroni liberati restano all'interno del materiale è quindi un effetto fotoelettrico interno. 5/129

6 Alexandre Edmond Willoughby Charles Heinrich Becquerel Smith Fritts Hertz Albert Einstein Vari studi e brevetti si susseguono nel tempo, la prima applicazione di celle fotovoltaiche si ha con l'avvento dei satelliti, negli anni 50 del secolo scorso nei laboratori Bell in USA si producono le prime celle per attività spaziali. Nel 1963 Sharp inizia la commercializzazione dei primi pannelli fotovoltaici. Le celle fotovoltaiche sono composte da Semiconduttori, p.es. Silicio, i semiconduttori hanno proprietà intermedie fra i conduttori, p.es. I metalli, e gli isolanti. Per far condurre i semiconduttori occorre che l'energia delle radiazioni elettromagnetiche, p.es. dal sole, superi una soglia caratteristica detta GAP. Il semiconduttore è racchiuso da due strati di metallo a contatto che formano i due contatti uno positivo, contatto inferiore, ed uno negativo, contatto superiore uno fatto a griglia per consentire che le radiazioni elettromagnetiche incidano sul semiconduttore Radiazione Elettromagnetica Metallo Semiconduttore Metallo Elettroni Illustrazione 3: Effetto Fotovoltaico Solo una minima parte dell'energia dal sole viene trasformata in energia elettrica, Perdite Ottiche i fotoni (sono i pacchetti elementari di energia che formano la radiazione elettromagnetica) non contribuiscono tutti all'energia elettrica 24% fotoni sotto la soglia GAP e si disperdono 32% fotoni sopra la soglia GAP non producono elettricità ma dissipazione in calore 1% dei fotoni si riflette Perdite Elettriche 7% dell'enegia elettrica viene cortocircuitata all'interno della cella 5% degli elettroni si ricombina e non contribuisce alla generazione di elettricità 1% perdite resistive 14% solo una parte dell'energia acquisita dall'elettrone viene trasformata in elettricità 6/129

7 L'energia elettrica utile è del 16% Illustrazione 4: Spettro radiazione solare 1.2 Impianti Fotovoltaici Gli impianti fotovoltaici trasformano la luce del sole in energia elettrica, basandosi sull effetto fotovoltaico, cioè sulla capacità dei materiali semiconduttori (ad esempio il silicio) di produrre energia elettrica quando colpiti da radiazione luminosa. Illustrazione 5: Campo Fotovolatico I moduli fotovoltaici, un insieme di celle di materiale semiconduttore collegate tra loro per ottenere una unita' capace di generare energia elettrica quando e' colpita dalla luce solare. Il loro insieme costituisce il campo fotovoltaico. I componenti di un impianto Sono i seguenti: moduli fotovoltaici: costituiscono il generatore di energia elettrica vero e proprio, che converte la luce del sole in corrente elettrica continua. Possono essere disposti su un tetto piano o al suolo con una struttura di sostegno, su tetto a falda, oppure su strutture motorizzate che "inseguono" il sole per raccogliere piu' energia solare. 7/129

8 quadro di campo (in continua): alloggiamento gli organi di protezione e di sezionamento del lato in continua dell impianto. Esso puo' anche alimentare direttamente carichi in continua (ad esempio, una pompa elettrica). regolatore di carica: presente in caso di impianti stand alone, si occupa della carica delle batterie di accumulo dell'energia. batterie: accumulano l'energia da utilizzare per l'alimentazione dell'utenza isolata. Le batterie ricevono energia dal generatore fotovoltaico attraverso il regolatore di carica, ed inviano corrente continua all'inverter per la produzione di corrente alternata per il funzionamento dei consueti utilizzatori elettrici. inverter (convertitore DC/AC): e il convertitore da corrente continua ad alternata. Nel caso di sistemi grid connected si "aggancia" alla tensione della rete elettrica, in modo da poter collegare la sua uscita alla tensione della rete elettrica. contatore dell energia prodotta: i sistemi che aderiscono al conto energia devono avere il contatore che segnala quanta energia e prodotta dall impianto, la quale e remunerata interamente con la tariffa incentivante. quadro in alternata: contiene gli organi di manovra e protezione sul lato in alternata e l eventuale interfaccia con la rete elettrica (se non integrata nell inverter). contatore bi direzionale per il net metering: viene conteggiata l energia ceduta alla rete e quella assorbita dall utenza, in modo da poter eseguire l'opportuno rimborso della bolletta elettrica nel caso di contratto di Scambio sul Posto. quadro elettrico dell utenza e il classico quadro elettrico gia presente a valle del contatore dell energia elettrica in tutti gli impianti esistenti. Tipologie di impianto Le due tipologie di impianto normalmente utilizzate sono le seguenti: alimentazione diretta dell impianto elettrico dell utenza: Esso e' isolato dalla rete di distribuzione dell energia elettrica; in questo caso si parla di sistema "isolato" o "stand alone" ed e' presente un sistema di accumulo dell energia elettrica (batterie, per capirci) in modo da conservare l energia non consumata immediatamente ed usarla quando i moduli fotovoltaici non producono elettricità (di notte o quando piove). L impianto elettrico dell utenza può funzionare in parte in corrente continua, ma per la parte dell impianto che funziona normalmente in corrente alternata è necessario porre un interfaccia di conversione all uscita dei moduli fotovoltaici, detta "inverter". I sistemi "stand alone" non hanno partecipato all incentivo del "Conto Energia". 8/129

9 Illustrazione 6: Stand alone alimentazione dell impianto elettrico dell utenza in parallelo alla rete elettrica: in questo caso non ci sono batterie e l uscita dell inverter va collegata alla rete elettrica: l eccesso di energia prodotta istantaneamente dall'impianto fotovoltaico viene ceduta alla rete elettrica del distributore; in caso contrario, quando la potenza richiesta dall'utenza e' superiore alla produzione istantanea dell'impianto fotovoltaico, l impianto elettrico dell utente preleva energia dalla normale rete elettrica. I sistemi connessi alla rete o "grid connected" possono usufruire del "Conto Energia". Gli impianti possono avere uno schema monofase o trifase. La normativa permette un impianto monofase se il contratto di fornitura e' fino ai 6kW di potenza di picco. Al di sopra e' necessario un allacciamento trifase. Illustrazione 7: Grid Connected 9/129

10 Illustrazione 8: Grid Connected Monofase Illustrazione 9: Grid Connected Trifase Illustrazione 10: Stand Alone 10/129

11 1.3 Evoluzione Impianti Fotovoltaici pulsante di sgangio: la circolare ministeriale attualmente in essere prevede un pulsante di sgancio che seziona il compartimento edificio dai generatori fotovoltaici. Esso serve per mettere in sicurezza con una sola manovra l'intero impianto o una sua parte, ad es., un compartimento antincendio. Il comando di emergenza mette fuori tensione tutti i circuiti all'interno del compartimento antincendio compresi quelli alimentati dal generatore fotovoltaico. E' bene ricordare che: - 1. ogni inverter deve avere un dispositivo di sezionamento sotto carico sul lato c.c il generatore fotovoltaico rimane in tensione dopo l'apertura del dispositivo generale lato c.c quando manca la tensione di rete, si apre il dispositivo interfaccia e l'inverter va in stand bay Illustrazione 11: Pulsante di sgancio Come si nota dalla figura nella sezione a il comando di emergenza agisce sull'interruttore generale e toglie tensione all'inverter con conseguente apertura del dispositivo interfaccia. Nella sezione b il comando agisce sull'interruttore generale del compartimento antincendio e quindi tutti gli altri circuiti non interessati possono continuare a funzionare. 11/129

12 Illustrazione 12: Pulsante di sgancio Come si nota dalla figura, parte dell'impianto trovasi all'interno del compartimento controllato dal comando di emergenza.nella sezione a il comando interviene sull'interruttore generale dell'impianto con conseguente apertura del dispositivo interfaccia e la linea a valle dell'inverter è senza tensione.nella sezione b l'inverter è interno al compartimento per cui è necessario che il comando di emergenza agisca non solo sull'interruttore generale ma anche su un dispositivo di sezionamento a monte dell'inverter (lato c.c.) esterno al compartimento antincendio. Quindi oltre ai pulsanti di sgancio di altri impianti Illustrazione 13: Pulsanti di sgancio sarà presente anche un pulsante di sgancio per l'impianto fotovoltaico. 12/129

13 Illustrazione 14: Pulsante di sgancio Illustrazione 15: Pulsante di sgancio Dispositivo e protezione di interfaccia Esso può essere: a) un interruttore automatico idoneo al sezionamento b) un contattore con fusibili conforme alla norma EN idoneo al sezionamento Esso si deve aprire in caso di mancanza di tensione di rete oppure in seguito all'apertura dell'interruttore generale dell'impianto utilizzatore. Per questo motivo deve essere comandato da una bobina di sgancio a 13/129

14 mancanza di tensione che determina l'apertura del dispositivo sia in caso di intervento o guasto interno alle protezioni sia per mancanza dell'alimentazione au siliaria. Per potenze <= 6 kwp in monofase e <= 20 kwp in trifase è ammesso che la protezione interfaccia sia costituita dal sistema di controllo interno dell'inverter. Il dispositivo interfaccia deve essere unico anche in impianti con più inverter (per impianti fino a 20 kwp sono ammessi sino a tre DDI coincidenti con DG). In questi casi l'enel ammette che il DDI sia interno all'inverter, in caso contrario all'esterno. Illustrazione 16: Protezione Interfaccia PRESCRIZIONI La connessione degli impianti fotovoltaici alla rete pubblica : 1. può essere monofase fino a 6 kw 2. deve essere trifase per potenze superiori a 6 kw; se i generatori sono monofasi, la massima differenza di potenza tra le fasi non deve superare i 6 kw. Tra l'impianto fotovoltaico e la rete elettrica pubblica è richiesto un trasformatore a 50 Hz al fine di impedire l'immissione in rete di componenti continue della corrente. Questo trasformatore può essere interno o esterno all'inverter. Negli impianti con potenza fino a 20 kw, il trasformatore può essere sostituito da una protezione che apra il DDI per valori di componente continua >= 0.5% della massima corrente degli inverter dell'impianto fotovoltaico. L'ENEL richiede che l'inverter, la protezione di interfaccia e il DDI (se interno all'inverter) siano verificati e certificati da un organismo in possesso di certificazioni EN oppure EN/ISO/IEC in base alle prove eseguite da un laboratorio accreditato EA. ottimizzatori di potenza: si sta affermando una nuova tecnologia che consiste di convertitori DC/DC da frapporre fra Inverter e Pannello, per mediare le problematiche degli impianti di cui si tratterà di seguito, i pannelli non sono più in serie fra loro ma sono collegati ad un ottimizzatore che accoglie la corrente che normalmente andrebbe in dissipazione di calore. 14/129

15 Inoltre protegge da disturbi proveniente dagli inverter, con gli ottimizzatori si recupera energia che andrebbe dissipata in calore cambia l'architettura della stringa, per alcuni ottimizzatori se ne monta uno per pannello in altri uno ogni due pannelli 15/129

16 Illustrazione 17: Ottimizzatori microinverter: Il microinverter affronta le stesse problematiche che vengono risolte dall'ottimizatore di potenza. Ogni microinverter è collegato a uno o due moduli fotovoltaici inseguendo del punto di massima potenza (MPPT) controlla ciascun modulo fotovoltaico, quindi non è presente un inverter di stringa o centralizzato. I limiti del microinverter sono minor rendimento rispetto a inverter di stringa maggiore temperatura di esercizio troppi punti di immissione in rete (infatti una volta uscita la CEI 0 21 il mercato dei microinverter si è bloccato) troppi MPPT con rendimenti diversi funzionamento solo monofase 16/129

17 Illustrazione 18: Microinverter 1.4. Celle Fotovoltaiche Il Silicio è il materiale semiconduttore più utilizzato viene classificato in base a 1. Grado di purezza: Silicio di grado elettronico una parte di impurità per ogni 10 7 e oltre parti di Silicio Silicio di grado solare una parte di impurità per ogni parti di Silicio Silicio metallurgico una parte di impurità per ogni 10 4 parti di Silicio Il silicio di grado solare ha purezza minore di quello utilizzato nell'elettronica per cui l'industria delle celle solari utilizza silicio non utilizzabile delle industrie elettroniche. 2. Struttura molecolare: Monocristallina Policristallina Amorfa Le celle fotovoltaiche sono classificate secondo il tipo di struttura molecolare Celle fotovoltaiche: Monocristallina 17/129

18 Illustrazione 19: Cella Monocristallina Realizzate utilizzando un unico grande monocristallino, gli atomi hanno orientamento e legami uniformi. Le dimensioni tipiche sono 10 x 10 cm ed hanno hanno un rendimento tra il 15% e il 17%. Per avere la resa massima debbono essere in condizioni di orientamento ideale rispetto al sole. Policristallina Illustrazione 20: Cella Policristallina Realizzate con vari cristalli di silicio, gli atomi sono aggregati in piccoli monocristalli. Meno efficienti delle celle monocristalline hanno un rendimentoe tra il 12% e il 14%. Il colore tipico è il blu. In un orientamento non ottimale ma ancora buono le celle policristalline si comportano meglio delle monocristalline. Amorfa Illustrazione 21: Cella Amorfa Amorfo significa struttura non cristallina degli atomi di silicio. Gli atomi si comportano come in un fluido, hanno un orientamento casuale. Il rendimento è inferiore a quello del silicio cristallino e, tipicamente, varia tra 5% e 10%. L energia prodotta è maggiore in zone di zone con bassa insolazione e/o in presenza di pessimo orientamento rispetto alle celle basate su cristalli di silicio. 18/129

19 Celle non basate sul Silicio ma su leghe I moduli a film sottile CIS (Copper (=Rame), Indium (=Indio), Selenium (=Selenio) CuInSe2) sono composti da pellicole di una lega compatta di rame, indio e diselenide. moduli a film sottile CIGS (Copper (=Rame), Indium (=Indio), Selenium (=Selenio), Gallium (=Gallio)) sono composti da pellicole di una lega compatta di rame Indio Selenio e Gallio Le celle fotovoltaiche si caratterizzano con la curva I/V, la cui area sottesa rappresenta la potenza elettrica prodotta Illustrazione 22: Curva Pannello I/V Irradianza a T costante Punto di MPPT La massima potenza è l'area massima sottesa della curva La potenza di una cella fotovoltaica dipende da 1. Temperatura, maggiore è la temperatura minore è la produzione a parità di radiazione solare 2. Radiazione Solare, maggiore è la radiazione solare maggiore è la produzione a parità di temperatura 19/129

20 Illustrazione 23: Curva Pannello I/V T a Irradianza costante llustrazione 24: Curva Pannello I/V Irradianza a T costante 20/129

21 1.5. Moduli Fotovoltaici I moduli fotovoltaici sono il risultato dell'assemblaggio delle celle fotovoltaiche in serie e/o parallelo, se in serie la corrente uguale per tutte e tensione pari alla somma delle tensioni. llustrazione 25: Serie Celle Spesso un modulo è composto dal parallelo di 2 o 3 serie di celle, le tensioni del parallelo sono uguali mentre la corrente risultante è la somma delle correnti dalle serie di celle. 21/129

22 llustrazione 26: Parallelo/Serie Celle I moduli hanno un numero di celle che varia in base alla potenza di picco richiesta si va da 16 a 80 celle. Il modulo è composto dai collegamenti e da diodi di bypass, che hanno la funzione di proteggere il pannello/celle dalle correnti inverse. Infatti l'ombra o la copertura di un cella provoca che questa non produca più e la sua corrente si avvicini allo zero per cui la cella diventa un carico, si scalda ed assorbe insieme al carico la corrente prodotta dal modulo, mettendo in parallelo un diodo la cella viene esclusa dalla serie. I diodi di bypass non sono presenti uno per cella ma uno per serie di celle tipicamente uno ogni celle 22/129

23 llustrazione 27: Diodo di Bypass 23/129

24 1.6. Moduli Fotovoltaici Silicio Mono-Poli/Cristallini Nei pannelli mono e policristallini, quelli cioè più diffusi, le celle vengono assemblate fra uno strato superiore di vetro, un primo strato di EVA, (Acetato Vinil Etilenico),ed un secondo strato di EVA ed uno inferiore di materiale plastico (Tedlar)il tutto racchiuso in una cornice di alluminio. Illustrazione 28: Sezione Pannello Cristallino Illustrazione 29: Pannello Monocristallino llustrazione 30: Pannello Policristallino I 24/129

25 1.7. Moduli Fotovoltaici Silicio Amorfo Nei moduli in silicio amorfo il silicio, di tipo (a Si) appunto amorfo, infatti viene deposto uniformemente e in piccolissime quantità su superfici plastiche o vetrate, formando un unico film sottile o thin film dello spessore di qualche millesimo di millimetro. La colorazione è omogenea, nera o comunque scura, i moduli amorfi sono flessibili e leggeri, oltre ad avere uno spessore, telaio compreso, di pochi millimetri. Molto usati per la loro adattabilità architettonica vista la resa estetica molto interessante. Hanno un'efficienza ridotta rispetto ai pannelli mono/poli cristallini 5 8%, ed hanno un invecchiamento molto più veloce e significativo Illustrazione 31: Pannello Amorfo Illustrazione 32: Moduli a film sottile 1.8. Moduli Fotovoltaici CIS Film sottile I moduli a film sottile CIS (Copper (=Rame), Indium (=Indio), Selenium (=Selenio) CuInSe2) sono composti da pellicole di una lega compatta di rame, indio e diselenide. Le celle sono molto più grandi di quelle basate su silicio, ricoperte da un vetro trasparente temprato che oltre a far avere maggior potenza, aumenta la resistenza all'impatto e dai fenomeni atmosferici quali grandine, neve e ghiaccio. Con poca radiazione solare hanno ottime prestazioni e hanno tolleranza minima alle alte temperature. La particolare disposizione delle celle lunghe e molto sottili dei moduli CIS li rende più vantaggiosi dei moduli in silicio cristallino in situazioni di ombreggiamento parziale (nuvole, fogliame, guano, ecc).contrariamente ai moduli in silicio, i moduli CIS sono privi di saldature. La corrente viene prelevata attraverso 2 o 3 nastri conduttori e convogliata direttamente nella scatola di collegamento. Già durante il processo di fabbricazione le celle vengono collegate tra di loro in un blocco monolitico. I moduli fotovoltaici CIS di ultima generazione hanno un'efficienza che può arrivare al 12 13%, paragonabile a quella del silicio policristallino. Grazie alla particolare configurazione del materiale, la tecnologia Thin Film consente di ottenere pannelli CIS flessibili.per quanto riguarda le prestazioni nel tempo, il decremento di produzione negli anni di un modulo CIS è analogo a quello di un modulo cristallino, e cioè dopo 20 anni produce l'80% della potenza nominale 25/129

26 Illustrazione 33: Cella CIS Illustrazi one 34: Pannello CIS 1.9. Moduli Fotovoltaici CIGS Film sottile I moduli a film sottile CIGS (Copper (=Rame), Indium (=Indio), Selenium (=Selenio), Gallium (=Gallio)) sono composti da pellicole di una lega compatta di rame Indio Selenio e Gallio. Questi quattro materiali rendono le potenziali prestazioni delle CIGS molto più alte di ogni altro film sottile. Rispetto al CIS si aggiunge una piccola quantità di Gallio al CulnSe2 così che si copre l'intero spettro solare, che lo avvicina al massimo possibile di assorbimento delle radiazioni solari, aumentando di conseguenza la tensione e l'efficienza della cella fotovoltaica. Illustrazione 35: Strati cella CIGS 26/129

27 Illustrazione 36: Modulo CIGS Moduli Fotovoltaici CdTe I moduli CdTe (Telloruro di Cadmio) è capace di mutare l'energia solare in elettrica con una efficienza molto vicina a quella ottenibile dalle tecnologie basate sul silicio cristallino, ma sfruttando in questo caso solo l'1% del materiale richiesto dall'uso del Si. Altra caratteristica del CdTe è che questo risulti essere un semiconduttore a gap diretto, ovvero, nei moduli CdTe avviene un'assorbimento molto più efficiente di quanto non avvenga nel silicio. Inoltre l'elevato coefficiente di assorbimento per la luce visibile fa si che in una porzione piccolissima (si parla in termini di pochi milionesimi in metro) di spessore vengano assorbiti più del 90% dei fotoni incidenti.il CdTe assorbe l'energia della radiazione solare anche a bassa intensità e in condizioni di luce diffusa, e pertanto produce elettricità più efficientemente in situazioni di nuvolosità e nelle ore di alba e il tramonto, casi in cui di solito le celle tradizionali mostrano una netta riduzione di efficienza. Illustrazione 38: Cella a CdTe Illustrazione 37: Pannello CdTe 27/129

28 1.11. Scatola di Giunzione (Junction Box) La serie/parallelo delle celle confluisce in una scatola di giunzione o junction box da cui escono due cavi di tipo solare con due connettori di tipo solare uno per il positivo ed uno per il negativo. Nella junction box sono posizionati i diodi di bypass. La junction box è fissata al retro del pannello tramite silicone o biadesivo strutturale, sono ispezionabili. Esistono olte case costruttrici e molte versioni, Illustrazione 39: Scatola di Giunzione Illustrazione 40: Retro pannello con scatola di Giunzione 28/129

29 1.12. Connettori Solari I connettori fotovoltaici sono costituiti da connettore maschio connettore femmina su cui sono crimpati i cavi solari tipicamente de 4 o 6 mmq I connettori sono protetti ed isolati da protezione maschio protezione femmina possono essere montabili/smontabili o sono già stampati p.es. nel caso delle scatole di giunzione La norma europea EN (CEI 82 31) Connettori per sistemi fotovoltaici prescrizioni di sicurezza e prove,si applica ai connettori di classe II per tensioni comprese tra 120 V e 1000 V. L'arco elettrico in continua non può essere interrotto facilmente per cui i connettori non hanno potere di interruzione Secondo la norma EN non possono essere disinseriti sotto carico. Possono tuttavia essere manovrati sotto tensione (senza carico). 29/129

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